Al filo de la noticia surgida en Italia (experimento OPERA) sobre que se han detectado neutrinos que van más rápido que la luz (cosa altamente dudosa), se me ha ocurrido traer aquí hoy algo sobre los neutrinos para conocerlos mejor. De todas las maneras, la noticia se podía haber dado con más precauciones y sin afirmar nada hasta que, todo esto sea debidamente verificado (ya se detectó el error).

El CERN halla partículas que se mueven más rápido que la luz

Manuscrito de Einstein con la fórmula de la Teoría de la Relatividad. | E. M.

En otras ocasiones también han surgido noticias sobre los neutrinos que dicen haber comprobado otras cuestiones a ellos relativas, como por ejemplo:

“Los neutrinos tiene masa

Los físicos han confirmado que los neutrinos, que se pensaba que habían jugado un papel principal durante la creación del Universo, tienen masa.

Este es el primer gran descubrimiento del experimento situado en Estados Unidos MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search – Buscador de Oscilaciones de Neutrinos con Inyector Principal).

Los hallazgos sugieren que el Modelo Estándar, el cual describe cómo se comportan e interactúan los elementos básicos del Universo, necesita una revisión.

Los neutrinos se piensa que son vitales en nuestra comprensión del Universo. Pero los científicos tienen un conocimiento frustrantemente pequeño sobre estas partículas fundamentales.”

La luz está compuesta por fotones y precisamente ya se ha dicho que es la luz la que tiene el record de velocidad del universo al correr a unos 300.000 Km/s, exactamente 299.792’458 Km/s. Dicha realidad, es precisaqmente posible por el hecho de que el fotón carece de masa. Así que, si los neutrinos la tiene, aunque sea del orden de entre 0,005  y 0,5 eV, que es menos que una millonésima parte de la masa del electrón, entonces, nunca podría ir más rápido que la luz que son fotones “sin masa”.

Cazar neutrinos ha sido una de las tareas de los científicos

Dentro de una antigua mina de Sudbury (Ontario, Canadá) está ubicado el complejo de investigación astrofísica SNOLAB. Una de sus instalaciones es el Observatorio de Neutrinos (ONS, en la imagen). Los neutrinos son partículas subatómicas con una masa tan ínfima —se ha calculado que menos de una milmillonésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno— que pueden atravesar la materia ordinaria sin apenas perturbarla. La materia está “compuesta” en su mayor parte de vacío aunque nuestros ojos y nuestro cerebro (en primera instancia) no lo interpreten así.

Pero, ¿qué sabemos de los neutrinos? Sabemos algunas cosas de ellos como, por ejemplo que, existen 700 millones por cada protón. Sin embargo, otras muchas cosas nos quedan por saber.

Los neutrinos se forman en ciertas reacciones nucleares y ningún físico atómico (a pesar de alguna que otra noticia) ha sido hasta ahora capaz de medir su masa. Es probable que los neutrinos, como los fotones, tengan una masa en reposo nula, aunque en realidad el neutrino nunca podrá estar en reposo y, como el fotón, siempre se está moviendo a 299.792’458 Km/s y adquieren esa velocidad desde el instante en que se forma. En alguna ocasión se ha dicho que fotones de alta energía de la radiación gamma salidos de una explosión supernova, han llegado hasta aquí algo más retrasados que fotones de menor energía, y, si eso fuera así, también sería contrario a la relatividad que nosm dice que todos los fotones se mueven a la misma velocidad. Pero, de los fotones podríamos hablar muy largamente, siempre he dicho aquí que la luz (que son fotones) encierra muchos secretos. Veamos:

El primer experimento fue realizado por el Dr. Vladimir Poponin un biólogo cuántico. En este experimento se comenzó por vaciar un recipiente (es decir se creo un vacío en su interior) y luego lo único que se dejó dentro fueron fotones (partículas de luz). Se midió la distribución de estos fotones y se encontró que estaban distribuidas aleatoriamente dentro del recipiente. Este era el resultado esperado.

Entonces se coloco dentro del recipiente una muestra de ADN y la localización de los fotones se midió de nuevo. En esta ocasión los fotones se ORGANIZARON EN LÍNEA junto al ADN. En otras palabras el ADN físico produjo un efecto en los no físicos fotones. Después de esto la muestra de ADN fue removida del recipiente y la distribución de los fotones fue nuevamente medida. Los fotones PERMANECIERON ORDENADOS y alineados en donde había estado el ADN. ¿A que están conectadas las partículas de luz? Gregg Braden dice que estamos impelidos a aceptar la posibilidad de que existe un NUEVO campo de energía y que el ADN se está comunicando con los fotones por medio de este campo.

Pero los neutrinos no son fotones, porque ambos tienen propiedades muy distintas. Los fotones interaccionan fácilmente con las partículas de materia y son retardados y absorbidos al pasar por la materia. Los neutrinos, por el contrario, apenas interaccionan con las partículas de materia y pueden atravesar un espesor de años luz de plomo sin verse afectados. Nos han dicho que los neutrinos son esenciales para detectar la materia oscura y, ahora, que van más rápidos que la luz.

Cuando sepamos lo que son los neutrinos de una manera completa y sin fisuras, sin rincones oscuros como ocurre en estos momentos, muchas preguntas serán contestadas. Parece claro, por lo tanto, que si los neutrinos tienen una masa en reposo nula, no son materia. Por otro lado, hace falta energía para formarlos, y al alejarse se llevan algo de ella consigo, de modo que son una forma de energía que, según E =mc² , es una forma de materia y, esta paradoja…¿A dónde nos lleva?

Sin embargo, atraviesan cualquier espesor de materia sin interaccionar apenas, de modo que prácticamente no efectúan trabajo. Lo cual les distingue de cualquier otra forma de energía. En su momento se habló de que los neutrinos podían ser la energía oscura que tanto fascina a todos los físicos, astrofísicos y astrónomos, sin embargo, al no haber detectado la masa de los neutrinos, se desechó la idea.

Resulta que unos investigadores del CERN en Suiza han estado realizando experimentos enviando pulsos de neutrinos hasta otro laboratorio en Italia. Los neutrinos son partículas subatómicas físicas que pueden moverse por ahí atravesando la materia sin alterarla, de hecho es posible que mientras lees esto algún neutrino que ande viajando por el espacio te de en la cabeza, pase a través tu cuerpo, atraviese el planeta y salga por el otro lado del globo terráqueo sin que nadie note nada.

Pues bien, nos dicen que esos científicos han podido constatar que una serie de neutrinos han sobrepasado la velocidad de la luz, cosa poco probable si es que, como se cree y han detectado algunos experimentos el neutrino tiene alguna masa, con lo cual, nunca podría ganarle al fotón en velocidad (ya se aclaró a qué fue debido el error, y, los neutrinos, siguen sin correr más que la luz).

Estrellas de Neutrones con una masa hasta dos veces mayor que la del Sol, tienen apenas 20 kilómetros de diámetro, y una de ellas, cabría en una ciudad. En su interior tienen un singular estado de la materia, superfluido, donde no hay viscosidad ni fricción. De ellas, escapan los neutrinos, partículas elementales sin carga eléctrica, cuya masa es tan pequeña que no ha podido medirse

El neutrino es de la familia de los leptones y existe en tres formas. Una asociada al electrón y se conoce como neutrino electrónico (ν_e), otra al muón y es el neutrino múonico (ν_µ) y por último el que está asociado con la partícula tau, que es el neutrino tauónico (ν_τ). Cada forma tiene su propia antipartícula.

El neutrino fue postulado en 1.931 para explicar la energía “perdida” en la desintegración beta. Fue identificado de forma tentativa en 1.953, y de-finitivamente en 1.956, dando la razón a Wolfgang Pauli que presintió su existencia.

Los neutrinos no tienen carga y como dijimos antes, tampoco tienen masa (al menos no se ha demostrado); son pura energía que viaja siempre por el espacio a la velocidad de la luz. En algunas teorías de gran unificación se predice que los neutrinos tienen masa no nula, pero no hay evidencia concluyente para eso.

Se dice que los neutrinos son los mensajeros de las estrellas y también, anuncían las explosiones supernovas que los producen en cantidades inusitamente grandes.

Cuando Pauli propuso su existencia para justificar la energía perdida en la desintegración beta, Enrico Fermi lo bautizó con el nombre de neutrino. La ley de conservación de la energía prohíbe que ésta se pierda, y en la des-integración beta, que es un tipo de interacción débil en la que un núcleo atómico inestable se transforma en un núcleo de la misma masa atómica pero de distinto número atómico, hace que en el proceso un neutrón se convierta en un protón con la emisión de un electrón, o de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón. Pero la cuenta no salía, allí faltaba algo, no se completaba en la transformación la energía original, así que Pauli añadió en la primera un antineutrino electrónico y la segunda la completó con un neutrino electrónico, de la manera siguiente:

Neutrón desintegrado: n → p + e^– + v_e

Protón desintegrado: p → n + e⁺ + v_e

Un ejemplo de esto es la desintegración del carbono-14.

Así fue como se dio a conocer al mundo la existencia de neutrinos.

Bueno, con lo anterior ya podemos comentar sobre lo que cada cual crea sobre la noticia de que los neutrinos pueden ir más rápidos que la luz y si tenemos que jubilar a los fotornes.

El mencionar la desintegración me ha traído a la memoria un trabajo de Asimov referido a otros materiales que también se desintegran de manera natural y que son materiales fértiles, o que sin serlo, se pueden transformar en otros que sí lo son.

En el núcleo de un reactor nuclear las altas dosis de radiación se pueden cortar con tijera en el ambiente denso que las partículas nosivas crean en todo el ámbito del reactor generador.

REACTOR NUCLEAR

Se puede utilizar para la obtención de energía en las denominadas a reacción nuclear centrales nucleares, la producción de materiales fisionables, como el plutonio, para ser usados en armamento nuclear, la propulsion de buques o de saletites de investigacion o la investigación. Una central nuclear puede varios reactores. Actualmente solo producen energía de forma comercial los reactores nucleares de fision, aunque existen reactores nucleares de fusión experimentales.

                      Con uranio 238 que no es combustible nuclear, podemos obtener, con reactor generador, Plutonio 239 que sí lo es.

Al hablar de material fértil me estoy refiriendo a núclidos que pueden absorber neutrones para formar material fisible. El uranio-238, por ejemplo, absorbe un neutrón para formar uranio-239, que se desintegra en plutonio-239. Este es el tipo de conversión que la imaginación del hombre hace que ocurra en un reactor reproductor. Lo explicaré con más detalles:

El uranio-235 es un combustible práctico, es decir, los neutrones lentos son capaces de hacer que el uranio-235 se fisione, o lo que es lo mismo, se rompan sus átomos en dos, produciendo neutrones lentos, que a su vez inducen otras fisiones atómicas. El uranio-233 y el plutonio-239 son también combustibles nucleares prácticos por las mismas razones.

Desgraciadamente, el uranio-233 y el plutonio-239 no existen en estado natural sino en trazas mínimas, y el uranio-235, aunque existe en cantidades apreciables, no deja de ser raro. En cualquier muestra de uranio natural, sólo siete de cada mil átomos son de uranio-235, el resto es uranio-238.

Torita, mineral de Torio.

El Torio puede ser usado para generar combustible nuclear dentro del propio reactor. Aunque no es un material fisionable, el único isótopo natural del Torio, el ²³²Th, da lugar al ²³³U tras la absorción de un neutrón y una serie de desintegraciones beta:

• ²³²Th + neutrón -> ²³³Th (captura neutrónica)
• ²³³Th -> ²³³Pa + beta + gamma (desintegración beta)
• ²³³Pa -> ²³³U + beta + gamma (desintegración beta)
• ²³³U + neutrón -> fragmentos de fisión + neutrones + energía (reacción de fisión)

A este método de generación del verdadero combustible (el ²³³U en este caso) se le conoce como breeding, y al elemento que la inicia (el ²³²Th), material fértil. El ²³³U es potencialmente un mejor combustible nuclear que el ²³⁵U o el ²³⁹Pu: la fisión del ²³³U produce más neutrones por neutrón absorbido, lo que permite mantener la reacción en cadena del reactor de forma más fácil. El ciclo del Torio posee notables ventajas frente al ciclo del Uranio-Plutonio:

• el Torio es un elemento mucho más abundante que el Uranio y no necesita ser enriquecido, dado que sólo aparece en la naturaleza de forma monoisotópica.
• el ²³³U ofrece mejores características nucleares que el ²³⁵U o el ²³⁹Pu.
• el ciclo del Torio produce sustancialmente menor cantidad de residuos de vida larga, en particular isótopos de Plutonio y actínidos minoritarios como el Neptunio, Americio y Curio.
• potencialmente, el ciclo del Torio se postula como más resistente a la proliferación, aunque el ²³³U también tiene aplicación militar.

Sin embargo, existen algunas dificultades no resueltas todavía:

• coste elevado de la fabricación del combustible debido a la alta actividad causada por la contaminación de ²³²U.
• problemas de actividad debido a trazas de ²²⁸Th durante el reciclado del Torio.
• riesgos de proliferación asociados al ²³³U.
• dificultades técnicas asociadas al reprocesado del Torio.

Pero sigamos con la primera idea que estabamos desarrolando del Uranio 238 cuando me pase al Torio.

Fisión nuclear

El isótopo uranio 235, el menos común de este elemento, posee una configuración nuclear especialmente inestable; casi cualquier neutrón que se encuentre en su camino puede provocar su ruptura. Este fenómeno recibe el nombre de fisión, y da lugar a una serie de fragmentos. Dos de ellos son de gran tamaño, y se pueden identificar como núcleos de diferentes especies químicas, uno de los cuales posee aproximadamente el 40% de los nucleones, y el otro el 60%; además, se producen dos o tres neutrones sueltos. Si se suma la masa de los fragmentos y se compara con la masa del núcleo de partida, se observa que ha disminuido. La diferencia, según la célebre fórmula (E=mc²) debida a Albert Einstein, se ha convertido en energía pura. Esta es la energía que se aprovecha en las centrales nucleares; en un reactor se utiliza para convertir cierta cantidad de agua en vapor, que se emplea para mover los álabes de una turbina. Para dar idea de la magnitud de la energía producida, basta con señalar que, con un gramo de uranio 235, se puede obtener la misma energía que con 4,5 toneladas de carbón.

El uranio-238, la variedad común de uranio, no es un combustible nuclear práctico. Así que, el uranio que más abunda en la naturaleza no sirve como combustible nuclear. Podemos conseguir que se fisione, pero sólo con neutrones rápidos. Los átomos de uranio-238 que se rompen en dos, producen neutrones lentos, que no bastan para producir o inducir nuevas fisiones. El uranio-238 cabría compararlo a la madera húmeda: es posible hacer que arda, pero acabará por apagarse.

Supongamos, sin embargo, que se separa el uranio-235 del uranio-238 (trabajo más bien difícil) y que se utiliza aquel para hacer funcionar un reactor nuclear. Los átomos de uranio-235 que forman el combustible del reactor se fisionan y esparcen miríadas de neutrones lentos en todas direcciones. Si el reactor está rodeado por una capa de uranio ordinario (que en su mayor parte es uranio-238), los neutrones que van a parar allí son absorbidos por el uranio-238 y, aunque no pueden hacer que el uranio-238 se fisione, sí pueden provocar otros cambios que finalmente, producirán plutonio-239. Separando este plutonio-239 del uranio (tarea muy fácil), puede ser utilizado como combustible nuclear practico para la fisión.

De esta manera, el reactor nuclear genera nuevo combustible a partir de un material (uranio-238) que no lo es. Este es el motivo de que al reactor nuclear que hace posible la transformación se le llame “reactor generador”.

A la NASA se le acaba el combustible, literalmente

Aunque en el espacio la fuente de energía más utilizada es la procedente del sol –que es captada por paneles solares montados en sondas, satélites o en la Estación Espacial– ésta no es apropiada para todas las misiones. Por ejemplo, no sirve para misiones en las que el vehículo espacial se aleja demasiado del sol o se dirige a lugares donde éste no llega, como cráteres profundos en planetas y satélites.

Para estos últimos casos la NASA venía utilizando “baterías atómicas” o más correctamente generadores termoeléctricos de radioisótopos (GTR, o RTG por su siglas en inglés), que producen energía a partir del calor producido debido a la desintegración radiactiva de algún tipo de combustible nuclear. La obtención de electricidad a partir del calor se consigue con termopares.

Este tipo de generadores eléctricos también se ha utilizado masivamente en el pasado en instalaciones remotas sin personal, como los faros rusos del ártico.

Sondas como las míticas Voyager 1 y 2, entre otro par de docenas desarrolladas y lanzadas principalmente a lo largo de los años 70 y 80 –aunque también más recientemente, como el caso de la Cassini–Huygens, lanzada hacia Saturno en 1997– utilizaban este tipo de fuentes de energía.

En todos los casos la NASA ha utilizado Plutonio-238, un subproducto resultante de la fabricación de Plutonio-239, destinado a armas nucleares sobre todo y, en menor medida, centrales eléctricas. Mientras que el Plutonio-239 tiene una vida media como elemento activo de 24.100 años, el Plutonio-238, más amistoso, permanece activo durante unos 88 años y resulta ideal como combustible para los GTR. Un gramo de Plutonio-238 generar medio vatio de potencia.

Así que el combustible utilizado para ampliar los horizontes de la investigación humana en el espacio era una consecuencia de la guerra en la Tierra.

Una esfera de Plutonio-238 incandescente debido a la energía en forma de calor producida por la desintegración radiactiva.
Imagen: Departamento de Energía de los EE UU.

Un reactor generador bien diseñado puede producir más plutonio-239 que el uranio-235 consumido para ello. De este modo, las reservas totales de uranio de la Tierra (y no sólo las de uranio-235) se convierten en potenciales de combustible nuclear.

El torio, tal como se da en la naturaleza, consiste todo él en torio-232, que al igual que el uranio-238, no es un combustible nuclear práctico, porque requiere neutrones rápidos para fisionarse. Pero si se coloca torio-232 alrededor de un reactor nuclear, sus átomos absorberán los neutrones y, sin experimentar fisión alguna, se convertirán en átomos de uranio-233. Como el uranio-233 es un combustible práctico que se puede separar fácilmente del torio, el resultado es otra variedad del reactor generador, que convierte las reservas de torio en un combustible nuclear en potencia.

La cantidad total de uranio y de torio que hay en la Tierra es unas 800 veces mayor que las reservas de uranio-235, lo que significa que el buen uso de los reactores generadores podría multiplicar por 800 la oferta potencia de energía extraída de plantas de fisión nuclear.

Emilio Segre

En este punto, sin dejar de elogiar la inteligencia del hombre que ha sabido encontrar la manera de transformar una materia inservible en otra práctica, hay que decir que la energía de fisión nuclear genera también muchos problemas.

Como estará comprobando al lector de este trabajo, el autor ha querido esta vez diversificar los temas y plasmar una variedad múltiple que facilite el conocimiento de distintas cosas que ocurren en la naturaleza, o que la mano del hombre hace que ocurran, y todas estas cuestiones tratadas aquí van encaminadas a resolver preguntas que en alguna ocasión nos hemos podido hacer, tales como:

¿Por qué al calentar un metal se pone primero rojo, luego naranja, después amarillo, pero a continuación blanco en lugar de seguir el espectro y ponerse verde?

Cualquier objeto, a cualquier energía superior al cero absoluto, radia ondas electromagnéticas. Si su temperatura es muy baja, emite sólo ondas de radio largas, muy pobres en energías. Al aumentar la temperatura, radia una cantidad mayor de ondas, pero también empieza a radiar ondas de radio más cortas (y más energéticas). Si la temperatura sigue subiendo, empiezan a radiarse microondas aún más energéticas y después radiaciones infrarrojas.

Muchas imágenes resultan totalmente distintas del natural si la vemos en infrarrojo

Esto no quiere decir que a una temperatura dada sólo se emitan ondas de radio largas, un poco más arriba sólo ondas de radio cortas, luego sólo microondas y después sólo infrarrojos. En realidad, se emite toda la gama de radiaciones, pero siempre hay una radiación máxima, es decir, una gama de longitudes de onda que son las más radiadas, flanqueadas por cantidades menores en el lado de las energías bajas y por cantidades todavía más pequeñas en el de las altas.

Cuando un objeto alcanza la temperatura del cuerpo humano (37º C), el máximo de radiación se encuentra en los infrarrojos largos. El cuerpo humano también radia ondas de radio, pero las longitudes de ondas más cortas y más energéticas son siempre las más fáciles de detectar por ser los más potentes.

Cuando la temperatura alcanza aproximadamente los 600º C, el máximo de radiación se halla en el infrarrojo corto. Pero a estas alturas la pequeña cantidad de radiación que se halla en el lado de las energías altas adquiere una importancia especial, porque entra ya en la región de la luz visible roja. El objeto reluce entonces con un rojo intenso.

Este rojo constituye sólo un pequeño porcentaje de la radiación total, pero como da la casualidad de que nuestro ojo lo percibe, le otorgamos toda nuestra atención y decimos que el objeto está al “rojo vivo”.

Si la temperatura sigue subiendo, el máximo de radiación continúa desplazándose hacia las longitudes de ondas cortas y cada vez se emite más luz visible de longitudes cada vez menores. Aunque el objeto radia más luz roja, se van agregando poco a poco luz anaranjada y luz amarilla en cantidades menores pero significativas. Al llegar a los 1.000º C la mezcla de colores la percibimos como naranja, y a los 2.000º C como amarilla. Lo cual no significa que a los 1.000º C sólo se radie luz naranja y a los 2.000º C sólo se radie luz amarilla, porque si fuese así, habría efectivamente que esperar que lo siguiente fuese “color verde”. Lo que en realidad vemos son mezclas de colores.

Al llegar a los 6.000º C (la temperatura superficial del Sol), el máximo de radiación está en el amarillo visible y lo que llega a nuestros ojos son grandes cantidades de luz visible, desde el violeta hasta el rojo. La incidencia simultánea de toda la gama de luz visible sobre nuestra retina nos da la sensación de blanco, y de ahí el color del Sol.

Parece la Estación Espacial pasando frente al Sol ¿Blanco?

Los objetos más calientes aún que el Sol radian todas las longitudes de ondas de luz visible y en cantidades todavía mayores, pero el máximo de radiación se desplaza al azul, de modo que la mezcla se desequilibra y el blanco adquiere un tinte azulado.

Toda esta travesía se produce para objetos calientes que emiten “espectros continuos”, es decir, que radian luz en la forma de una ancha banda de longitudes de ondas. Ciertas sustancias en condiciones adecuadas, radian sólo luz de determinadas longitudes de onda. El nitrato de bario radia luz verde cuando se calienta, y con ese fin se lo utiliza en los fuegos de artificio, “calor verde”, podríamos decir.

¡Qué bonito es saber!

emilio silvera

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